SphereSpectro 150H

Das SphereSpectro 150H Labormessgerät ist ein einzigartiges Spektrophotometersystem zur gleichzeitigen Unterscheidung und Quantifizierung des spektralen Absorptionskoeffizienten als auch des spektralen effektiven Streukoeffizienten von streuenden Medien. Es sind verschiedene Versionen für den UV-, VIS- und IR-Spektralbereich erhältlich.

Hauptmerkmale auf einem Blick:

• Gleichzeitige Bestimmung von:

• Absorptionskoeffizient, µ_a
• Effektiver Streukoeffizient, µ_s‘ (auch reduzierter Streukoeffizient genannt)
• Messung an diffusen Proben (fest oder flüssig)
• Einfache Handhabung der Probe
• Messung innerhalb von Sekunden
• Tischgerät
• UV-, VIS-, und IR-Spektralbereiche
• Großer Probenraum mit mehreren Probenbefestigungsoptionen
• Präzise und absolute Messungen
• Plug & Play mit intuitivem Software-Paket

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Das grundlegende Messprinzip ermöglicht die Messung beider Parameter, des spektralen Absorptionskoeffizienten und des spektralen effektiven Streukoeffizienten. Diese beiden Parameter sind für die Analyse von diffus streuenden Proben in Hinblick auf ihre physikalischen und chemischen Eigenschaften von Interesse. Konventionelle Labormessgeräte auf dem Markt führen die Messung und Analyse nur auf der Basis der Absorption oder reinen Transmission durch. Dies ist nicht ausreichend, wenn eine absolute Messung und eine tiefere Analyse von diffus streuenden Proben erforderlich sind. Durch einen speziellen Algorithmus im Softwareprogramm kann sowohl der Absorptionskoeffizient als auch der Streukoeffizient bestimmt werden. Dieser basiert auf der "Strahlungstransporttheorie". Weitere Erklärungen finden Sie in diesen wissenschaftlichen Publikationen, siehe folgende Links:  Theorie und Experiment.

Aufgrund dieses einzigartigen Messprinzips ist es möglich, viele verschiedene Anwendungen zu bedienen. Einige Beispiele wie folgt:

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Anwendungen

• Materialanalyse
• Biophotonik
• Inhaltsbestimmung
• Qualitätssicherung
• Chemometrie
• Lebensmittelanalyse
• Pharmazie and Kosmetik
• Rendering basierend auf physikalischen Parametern

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Gängige Spektralphotometer vs. SphereSpectro 150H

Die Problematik der Messung von streuenden Medien besteht darin, dass sie mit klassischen "Spektrophotometern" nicht umfassend gemessen und analysiert werden können. Dies liegt daran, dass diese typischerweise nur das transmittierte Licht auswerten und dabei nicht zwischen Streuung und Absorption unterscheiden können. Spektralphotometer sind ein ideales Messsystem für transparente / klare Proben, stoßen aber bei streuenden Proben an ihre Grenzen. Das hier beschriebene Messsystem ist für diese Art von Probe notwendig.

Das SphereSpectro 150H ist zur Vermessung von absoluten Absorptions- und Streueigenschaften in der Lage und erlaubt daher die Analyse physikalischer und chemischer Materialeigenschaften. Diese Art von Informationen ist zum Beispiel für die Bestimmung von Konzentrationsgehalten oder Materialeigenschaften bei Vernetzungsprozessen von Interesse. Ein weiteres Beispiel ist die Bestimmung des Erscheinungsbildes einer Probe mittels Renderingprozessen auf der Grundlage der absoluten Absorptions- und Streuungskennwerte der Probe. Dies ist beispielsweise bei Anwendungen in der Zahnmedizin von Interesse.

Die Probenvorbereitung des SphereSpectro 150H ist im Vergleich zu herkömmlichen Spektrophotometern wesentlich einfacher. Feste, lichtdurchlässige Proben können direkt mit dem Probenhalter gehalten werden. Flüssige Proben können in die mit dem System erhältlichen Küvetten gefüllt werden. Es ist keine spezielle physikalische oder chemische Vorbehandlung der Probe erforderlich, um sie in klare oder transparente Proben zu trennen.

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Streuende Medien

Streuende Medien sind Materialien, in die Licht eindringen kann, sich dann aber aufgrund von Streuzentren, welche die Ausbreitungsrichtung beeinflussen (Streuung), in verschiedene Richtungen ausbreitet. Diese Streuzentren sind Bereiche im Medium, die einen anderen Brechungsindex als das Basismedium (Matrix) aufweisen, z.B. wenn sich an dieser Stelle ein Partikel befindet. Bei streuenden Medien kann daher Licht wieder aus der Seite austreten, auf der es ursprünglich eingestrahlt wurde, der sogenannte diffuse Reflexionsgrad. Zusätzlich kann das Licht an der Grenzschicht des Mediums in Form einer (gerichteten) Reflexion reflektiert werden. Beide Effekte zusammen werden als gesamte Remission bezeichnet. Bei Proben, deren Geometrie im Vergleich zur Lichtausbreitung gering ist, kann das Licht auch auf allen anderen Seiten austreten. Die Gesamttransmission bezieht sich auf den Anteil des Lichts, der eine Probe durchdringt und besteht aus zwei Komponenten, der kollimierten Transmission und der diffusen Transmission. Die kollimierte Transmission ist der Anteil des Lichtes, der ohne Wechselwirkung direkt durch die Probe hindurchgeht, d.h. nicht gestreut oder absorbiert wurde. Die diffuse Transmission wiederum ist der Anteil des Lichts, der nach der Wechselwirkung entsteht, d.h. nach der Streuung im Medium.

Bestimmung der optischen Eigenschaften mit einer Ulbrichtkugel

Die Messung der aus einer streuenden Probe austretenden Strahlung mittels einer Ulbrichtkugel und der Vergleich der gemessenen Werte mit der Theorie ist eine Möglichkeit, die optischen Eigenschaften einer Streuprobe zu bestimmen. Die Ulbrichtkugel wird genutzt, um die gesamte Remission und Transmission einer Probenschicht zu messen, denn die Kugel integriert grundsätzlich die Strahlung über die gesamte Probenoberfläche. Mit den beiden Messgrößen pro Wellenlänge, Gesamtremission und Gesamttransmission, können prinzipiell zwei Unbekannte der Probe pro Wellenlänge bestimmt werden. Im Normalfall werden die beiden Größen, spektraler Absorptionskoeffizient und spektraler effektiver Streukoeffizient bestimmt.

Um dies so genau wie möglich zu anzuwenden, ist eine Simulation der Lichtausbreitung innerhalb der Ulbrichtkugel unter Berücksichtigung der Probe notwendig. Zu diesem Zweck ist in der enthaltenen Software ein darauf ausgerichteter Algorithmus (optische Strahlengangsimulation) implementiert. Nach Eingabe einiger Parameter (die wichtigsten sind die Dicke - bei flüssigen Proben, die in Küvetten gemessen werden, ist dies die bekannte Dicke der Küvette - und der Brechungsindex der Probe) beginnt die vollautomatische Auswertung. Wenn einer dieser Parameter nicht bekannt ist, gibt es verschiedene Methoden, um ihn zu ermitteln, z.B. durch Mehrfachmessungen unterschiedlicher Probendicke. Sie können sich zu diesem Zweck gerne mit uns in Verbindung setzen.